机床、运算方法
【专利摘要】本发明涉及运算螺纹轴的热变位量的机床、运算方法，其中，所述螺纹轴与螺母螺合，所述螺母与主轴连接。机床包括：主轴，该主轴安装工具；螺母，该螺母用于使主轴移动；螺纹轴，该螺纹轴通过滚动体而与螺母螺合，且因马达的旋转而绕轴旋转；以及运算部。运算部根据螺纹轴和螺母产生的摩擦热运算螺纹轴的热变位量。运算部进一步运算因粘性发热而引起的螺纹轴的热变位量。粘性发热是因设于螺母与螺纹轴之间的润滑脂的粘性而产生的。本发明可高精度地运算螺纹轴的热变位量。
【专利说明】
机床、运算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及运算螺纹轴的热变位量的机床、运算方法，其中，所述螺纹轴与螺母螺 合，所述螺母与主轴连接。
【背景技术】
[0002] 日本公开特许公报第2009-214283号披露了一种机床。机床包括立柱、主轴头、主 轴、螺母和螺纹轴。立柱将螺纹轴支撑成能旋转。主轴头设置成能相对于立柱滑动，并将主 轴支撑成能旋转。在主轴头的立柱侧设有螺母。主轴安装工具。螺纹轴通过滚动体而与螺母 螺合。马达与螺纹轴连接。在马达旋转时，螺纹轴旋转，在螺纹轴旋转时，主轴头与螺母一起 沿立柱移动。在螺纹轴旋转时，在螺纹轴与螺母之间产生摩擦热，因此，螺纹轴会沿轴向伸 长。机床根据摩擦热运算螺纹轴的变位量。机床使用螺纹轴的变位量来控制马达的驱动。
[0003] 在机床仅根据摩擦热运算螺纹轴的变位量时，运算结果与实际的螺纹轴变位量的 差较大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种高精度地运算螺纹轴的热变位量的机床和运算方法。
[0005] 技术方案1的机床包括：主轴，该主轴安装工具；螺母，该螺母用于使上述主轴移 动；螺纹轴，该螺纹轴通过滚动体而与上述螺母螺合，且因马达的旋转而绕轴旋转；以及运 算部，该运算部根据上述螺纹轴和螺母产生的摩擦热运算上述螺纹轴的热变位量。运算部 进一步运算因粘性发热而引起的上述螺纹轴的热变位量，上述粘性发热是因设于螺母与螺 纹轴之间的润滑脂的粘性而产生的。机床也考虑因润滑脂的粘性而产生的粘性发热，因此， 能运算出准确的热变位量。
[0006] 技术方案2的机床的摩擦热的值是第一系数与马达的旋转速度的相乘值，粘性发 热的值是第二系数与上述马达的旋转速度的平方值的相乘值。运算部将摩擦热和粘性发热 的值相加，并根据相加后的值运算螺纹轴的热变位量。
[0007] 机床使用马达的旋转速度运算摩擦热和粘性发热，因此，无需另外的检测装置，能 降低价格。
[0008] 技术方案3的机床的运算部进一步运算因惯性力发热而引起的螺纹轴的热变位 量，上述惯性力发热是因作用于螺母的惯性力而产生的。机床还考虑因作用于螺母的惯性 力而产生的惯性力发热，因此，能运算出更为准确的热变位量。
[0009] 技术方案4的机床的惯性力发热的值是第三系数、马达的旋转加速度、上述螺母及 与该螺母连接的物体的质量以及马达的旋转速度的相乘值。运算部将摩擦热、粘性发热、惯 性力发热的值相加，并根据相加后的值运算螺纹轴的热变位量。机床使用马达的旋转速度 运算惯性力发热，因此，无需另外的检测装置，能降低价格。
[0010] 技术方案5的运算方法根据与主轴连接的螺母以及通过滚动体而与螺母螺合的螺 纹轴产生的摩擦热，运算螺纹轴的热变位量。运算方法进一步运算因粘性发热而引起的螺 纹轴的热变位量，上述粘性发热是因设于螺母与螺纹轴之间的润滑脂的粘性而产生的。运 算方法可获得与技术方案1同样的效果。
[0011] 技术方案6的运算方法进一步运算因惯性力发热而引起的螺纹轴的热变位量，上 述惯性力发热是因作用于螺母的惯性力而产生的。运算方法可获得与技术方案3同样的效 果。
【附图说明】
[0012] 图1是表示机床的立体图。
[0013] 图2是表示X轴马达、X轴螺纹轴、螺母的示意图。
[0014] 图3是表示控制装置的结构的框图。
[0015] 图4是表示分割后的X轴螺纹轴的概念图。
[0016] 图5是表示数据区域的一例的概念图。
[0017]图6是表示X轴马达的温度与时间之间的关系的图。
[0018]图7是表示X轴马达温度与经过时间之间的关系的图。
[0019]图8是表示控制装置的X轴马达的控制处理的功能框图。
[0020] 图9是表示各分割区间的温度和输入热量的概念图。
[0021] 图10是表示X轴马达的滚珠丝杠机构的各位置的温度与时间之间的关系的曲线 图。
[0022]图11是表示控制装置的热变位量运算处理的流程图。
【具体实施方式】
[0023] 下面，参照附图来说明本发明实施方式的机床。图1省略了工具库。
[0024] 机床包括矩形的基台1，基台1沿前后方向延伸。工件保持部3设于基台1上部的前 侦I支撑台2设于基台1上部的后侧。支撑台2支撑立柱LY轴方向移动机构10设于支撑台2上 部，并使立柱4沿前后方向移动。Y轴方向移动机构10包括两个轨道11、Y轴螺纹轴12、Y轴马 达13和轴承14。轨道11沿前后方向延伸。轨道11分别设于支撑台2上部的左右。Y轴螺纹轴12 沿前后方向延伸，并设于两个轨道11之间。轴承14分别设于Y轴螺纹轴12的前端部和中途 部。中途部的轴承未图示。Y轴马达13与Y轴螺纹轴12的后端部连接。螺母(未图示)通过滚动 体(未图示)而与Y轴螺纹轴12螺合。润滑脂涂布于Y轴螺纹轴12。滚动体例如是滚珠。滑动件 15以能滑动的方式设于各轨道11。移动板16与螺母及滑动件15的上部连接。移动板16沿水 平方向延伸。在Y轴马达13旋转时，Y轴螺纹轴12旋转，螺母沿前后方向移动，移动板16沿前 后方向移动。Y轴马达13、Y轴螺纹轴12、螺母和滚动体构成滚珠丝杠机构。
[0025] X轴方向移动机构20设于移动板16上表面。X轴方向移动机构20使立柱4沿左右方 向移动。X轴方向移动机构20包括两个轨道21、X轴螺纹轴22、X轴马达23(参照图2)和轴承 24、25。轨道21沿左右方向延伸，并分别设于移动板16上表面的前后。X轴螺纹轴22沿左右方 向延伸，并设于两个轨道21之间。如图2所示，轴承24、25分别设于X轴螺纹轴22的左端部和 中途部。X轴马达23与X轴螺纹轴22的右端部连接。如图2所示，螺母27通过滚动体(未图示） 而与X轴螺纹轴22螺合。润滑脂涂布于X轴螺纹轴22。滑动件26以能滑动的方式设于各轨道 21。立柱4与螺母27及滑动件26的上部连接。在X轴马达23旋转时，X轴螺纹轴22旋转，螺母27 沿左右方向移动，立柱4沿左右方向移动。X轴马达23、X轴螺纹轴22、螺母27和滚动体构成滚 珠丝杜机构。
[0026] Z轴方向移动机构30设于立柱4的前表面。Z轴方向移动机构30使主轴头5(在后面 说明）沿上下方向移动。Z轴方向移动机构30包括两个轨道31、Z轴螺纹轴32、Z轴马达33和轴 承34。轨道31沿上下方向延伸，并分别设于立柱4前表面的左右。Z轴螺纹轴32沿上下方向延 伸，并设于两个轨道31之间。轴承34设于Z轴螺纹轴32的下端部和中途部。中途部的轴承未 图示。Z轴马达33与Z轴螺纹轴32的上端部连接。螺母(未图示)通过滚动体(未图示)而与Z轴 螺纹轴32螺合。润滑脂涂布于Z轴螺纹轴32。滑动件35以能滑动的方式设于各轨道31。主轴 头5与螺母及滑动件35的前部连接。在Z轴马达33旋转时，Z轴螺纹轴32旋转，螺母沿上下方 向移动，主轴头5沿上下方向移动。Z轴马达33、Z轴螺纹轴32、螺母和滚动体构成滚珠丝杠机 构。
[0027] 主轴5a沿上下方向延伸，并设于主轴头5内。主轴5a绕轴旋转。主轴马达6设于主轴 头5的上端部，主轴5a的下端部安装工具。在主轴马达6旋转时，主轴5a和工具旋转。工具对 保持于工件保持部3的工件进行加工。
[0028]机床包括工具更换装置(未图示）。工具更换装置对收容于工具库(未图示）的工具 和安装于主轴5a的工具进行更换。
[0029] 如图3所示，控制装置50(运算部)包括CPU51、R0M52、RAM53和输入输出接口 54。在 操作者对操作部7进行了操作时，信号从操作部7输入至输入输出接口 54。操作部7例如是键 盘、按钮或触摸面板。输入输出接口 54朝显示部8输出信号。显示部8显示字符、图形、记号 等。显示部8例如是液晶显示面板。控制装置50包括X轴控制电路55、伺服放大器55a和微分 器23KX轴控制电路55与X轴马达23对应。X轴马达23包括编码器23a]轴控制电路55根据来 自CPU51的指令，将表示电流量的命令输出至伺服放大器55a。伺服放大器55a接收上述命 令，对X轴马达23输出驱动电流。编码器23a朝X轴控制电路55输出位置反馈信号。X轴控制电 路55根据位置反馈信号来执行位置的反馈控制。编码器23a朝微分器23b输出位置反馈信 号，微分器23b将位置反馈信号转换成速度反馈信号并输出至X轴控制电路553轴控制电路 55根据速度反馈信号来执行速度的反馈控制。电流检测器55b检测伺服放大器55a所输出的 驱动电流的值。电流检测器55b将驱动电流的值反馈给X轴控制电路55<^轴控制电路55根据 驱动电流的值来执行电流控制。流过X轴马达23的驱动电流与作用于X轴马达23的负载转矩 大致一致。因此，电流检测器55b可检测出作用于X轴马达23的负载转矩。
[0030] 控制装置50包括Y轴控制电路56、伺服放大器56a和微分器13b J轴控制电路56与Y 轴马达13对应。Y轴马达13包括编码器13a]轴控制电路56根据来自CPU51的指令，将表示电 流量的命令输出至伺服放大器56a。伺服放大器56a接收上述命令，对Y轴马达13输出驱动电 流。编码器13a朝Y轴控制电路56输出位置反馈信号。Y轴控制电路56根据位置反馈信号来执 行位置的反馈控制。编码器13a朝微分器13b输出位置反馈信号，微分器13b将位置反馈信号 转换成速度反馈信号并输出至Y轴控制电路563轴控制电路56根据速度反馈信号来执行速 度的反馈控制。电流检测器56b检测伺服放大器56a所输出的驱动电流的值。电流检测器56b 将驱动电流的值反馈给Y轴控制电路56。Y轴控制电路56根据驱动电流的值来执行电流控 制。流过Y轴马达13的驱动电流与作用于Y轴马达13的负载转矩大致一致。因此，电流检测器 56b可检测出作用于Y轴马达13的负载转矩。
[0031] 控制装置50包括Z轴控制电路57、伺服放大器57a和微分器33b。Z轴控制电路57与Z 轴马达33对应。Z轴马达33包括编码器33a 2轴控制电路57根据来自CPU51的指令，将表示电 流量的命令输出至伺服放大器57a。伺服放大器57a接收上述命令，对Z轴马达33输出驱动电 流。编码器33a朝Z轴控制电路57输出位置反馈信号。Z轴控制电路57根据位置反馈信号来执 行位置的反馈控制。编码器33a朝微分器33b输出位置反馈信号，微分器33b将位置反馈信号 转换成速度反馈信号并输出至Z轴控制电路57 2轴控制电路57根据速度反馈信号来执行速 度的反馈控制。电流检测器57b检测伺服放大器57a所输出的驱动电流的值。电流检测器57b 将驱动电流的值反馈给Z轴控制电路57。Z轴控制电路57根据驱动电流的值来执行电流控 制。流过Z轴马达33的驱动电流与作用于Z轴马达33的负载转矩大致一致。因此，电流检测器 57b可检测出作用于Z轴马达33的负载转矩。
[0032] 工具库包括库马达60。工具库因库马达60的旋转而驱动。控制装置50包括库控制 电路58。库控制电路58根据来自CPU51的指令来控制库马达60的旋转。控制装置50也对主轴 马达6执行与X~Z轴马达11、12、13同样的反馈控制。图3省略了与主轴马达6相关的部分，但 主轴马达6也具有与其它的轴同样的结构。
[0033]下面说明X轴方向移动机构20的热变位量计算方法。Y轴方向移动机构10、Z轴方向 移动机构30的热变位量计算方法与X轴方向移动机构20的热变位量计算方法相同，因而省 略其说明。
[0034]热变位量计算方法求出X轴马达23侧（右侧）的轴承25、螺母27的移动区间、与X轴 马达23相反的一侧（左侧）的轴承24这三个区域的发热量。移动区间相当于两个轴承24、25 之间。上述计算方法将移动区间分割成多个区间(分割区间），并求出每个区间的发热量。 [0035](总发热量的计算）
[0036] 如图4所示，控制装置50将X轴螺纹轴22的螺母27移动经过的移动区间（长度用L表 示)n等分。控制装置5 0每经过一定时间（例如5 0 m s)便判定螺母2 7所处的分割区间。控制装 置50根据马达的实际旋转速度求出螺母27所处的分割区间的发热量，并将其存储于后述的 温度分布运算电路51c的数据区域。发热量利用下式求出。控制装置50根据编码器23a所输 出的信号来判断螺母27所处的区间。
[0037] Q = di ? co+d2 ? w 2+d3 ? a ? m ? ?......(1)
[0038] Q是发热量，cU~d3是系数(第一系数、第二系数和第三系数），《是X轴马达23的旋 转速度，a是X轴马达23的旋转加速度，m是因X轴螺纹轴22而移动的物体的质量。在式（1)中， ?表示X轴螺纹轴22和螺母27所产生的摩擦热的发热量(值），dy ?2表示因设于螺母 27与X轴螺纹轴22之间的润滑脂的粘性而产生的粘性发热的发热量(值），d3 ? a ? m 表 示因作用于螺母27的惯性力而产生的惯性力发热的发热量(值）。在惯性力发热的发热量远 小于粘性发热的发热量或摩擦热的发热量时，也可省略式（1)中的惯性力发热的发热量。螺 母27的负载因惯性力而增加，螺母27的负载增加导致摩擦力增大，产生惯性力发热。
[0039] 如图5所示，控制装置50使用式（1)，每经过50ms便计算因螺母27所处分割区间内 的螺母27的移动而产生的发热量。控制装置50在一定时间内反复进行上述处理。在一定时 间例如是6400ms时，控制装置50计算发热量128次。控制装置50将每个分割区间的发热量合 计，求出总发热量.，并将总发热量如存储于与各区间1~n对应的数据区域。
[0040]左侧轴承24的发热量利用下式求出。
[0041 ] Ql = D ? co
[0042] Ql是左侧轴承24的发热量，D是系数(第四系数），《是X轴马达23的旋转速度。
[0043]控制装置50计算右侧轴承25的发热量(右侧轴承发热量)Qr。右侧轴承发热量是由 X轴马达23的上升温度所产生的热量输入而引起的。控制装置50计算X轴马达23的温度，并 根据计算出的温度与X轴螺纹轴22端部的温度的差分来求出X轴螺纹轴22端部的热量输入 量，即右侧轴承发热量Qr。
[0044] 如图6所示，在最大饱和温度为Lla时，机床驱动中的X轴马达温度0 m为直线P = Lla 的渐近线150。在X轴马达温度0 m达到最大饱和温度Lla之后（图6中t = 8小时的时刻)机床停 止时，X轴马达主体温度0 m为直线Q = 0的渐近线151。
[0045] 渐近线150能用下式表示：
[0046] Lia = K2 ? W+K3 ? i2......(2)
[0047] 0M=Lia ? [1-exp(- y ? t)]......(3)
[0048] 渐近线151可用下式表示：
[0049] ?M=Lia ? exp(- y ? t)......(4)
[0050] i是流过X轴马达23的电流，《是马达旋转速度，Lla是饱和温度，y、K2、K3是X轴马 达23固有的常数。
[00511机床驱动开始后a分钟后的马达主体温度?Mla如下：
[0052] 0Mia = Lia ? [1 -exp(- y ? a/60)]
[0053] 机床停止后a分钟后的马达主体温度?M-la如下：
[0054] 0M-ia = Lia ? exp(- y ? a/60)
[0055] 控制装置50主要使用式（3)来计算上述经过时间期间的X轴马达温度?M。在以下 说明中，假定在机床驱动后时间经过时刻tl、t2、……（分钟）来进行说明。也就是说，时刻 tl、t2、……的间隔是各个处理的经过时间。
[0056] 图7A是驱动开始后0至tl的X轴马达温度与经过时间的关系图，图7B是驱动开始后 tl至t2的X轴马达温度与经过时间的关系图，图7C是驱动开始后t2至t3的X轴马达温度与经 过时间的关系图，图7D是驱动开始后0至t4的X轴马达温度与经过时间的关系图。图7的纵轴 表示摄氏度(°C)，横轴表示分钟。在本实施例中，在控制装置50根据上述经过时间计算X轴 马达温度?m时，X轴马达温度? M在之后按照式(4)下降。也就是说，如图7A中曲线301所示的 那样，根据时刻〇至时刻tl期间的经过时间计算出的X轴马达温度? Mtl的时刻tl处的值 ?Mti-1 如上所述，为 ?Mti-i = Lti ? [1 -exp(-y ? tl/60)]〇
[0057]其中，Ltl是根据时刻0至时刻tl期间的经过时间计算出的最大饱和温度。根据式 (4)，时刻t2处的X轴马达温度0Mt2的值0Mtl-2如下：
[0058] 0Mti-2= ?Mti-i ? exp[- y ? (t2 -tl)/60]
[0059] 以下同样，时刻t3、t4处的X轴马达温度?Mti的值?Mti-3、?Mti-4如下：
[0060] 0Mti-3= ?Mti-i ? exp[- y ? (t3 -tl)/60]
[0061] ?Mti-4= ?Mti-i ? exp[- y ? (t4 -tl)/60]
[0062] 同样地，在根据时刻tl至时刻t2期间的经过时间计算最大饱和温度Lt2时，与之对 应的X轴马达温度0Mt 2如图7B中曲线302所例示的那样变化。时刻t2、t3、t4处的0MH、 ?Mt2-2、?Mt2-3分别如下：
[0063] @Mt2-i = Lt2 ? {1 -exp[-y ? (t2 - tl)/60]}
[0064] 0Mt2-2= ?Mt2-i ? exp[- y ? (t3 -12)/60]
[0065] @Mt2-3= ?Mt2-i ? exp[- y ? (t4 -12)/60]
[0066]图7C表示X轴马达温度?Mts的温度变化，与上面同样地求出 ? Mt3 -1、? Mt3 -2、 ? Mt3-3 〇
[0067]图7D表示将计算出的X轴马达温度0Mtl、0Mt2...的各时刻处的值相加后的值。例 如，在控制装置50根据时刻tl、t2、t3、……期间的经过时间来计算图7D中曲线301、302、 303……所例示的X轴马达温度0m时，X轴马达温度0m如图7D的曲线304所示那样变化。 [0068]在控制装置50使用X轴马达温度0 m来计算右侧轴承发热量Qr时，右侧轴承发热量 Qr如下：
[0069] Qr = K4( ?M一 ? s)......(5)
[0070] K4是系数，? s是X轴螺纹轴端部温度。X轴螺钉端部温度是X轴螺纹轴22的被右侧轴 承25支撑的部分的温度。
[0071] (温度分布的计算）
[0072] 在如上所述那样求出了移动区间和各轴承24、25的发热量时，可根据这些发热量 计算出温度分布。温度分布以{9}t = 〇、d{0}/dtt=o为初始条件，利用以下的非稳态热传导方 程式进行求解：
[0073] [C]d{0}/dt+[H]{0} + {Q}=O……(6)
[0074] [C]是热容量矩阵，[H]是热传导矩阵，{0}是温度分布，{Q}是发热量，t是时间。 [0075](热变位量的计算）
[0076] 在求出了X轴螺纹轴22各部分的温度分布时，控制装置50根据上述温度分布计算 热变位量。热变位量可用下式求出：
[0077] AL = JL〇px0(L)dL……（7)。
[0078] A L是热变位量，0是X轴螺纹轴22的材料的线性膨胀系数。
[0079]下面说明利用控制装置50进行的X轴马达23的控制处理。控制装置50对Y轴马达 13、Z轴马达33也进行同样的处理。图8的虚线表示控制装置50。
[0080] 如图8所示，控制装置50包括插补控制电路5la。插补控制电路5la是根据读入 RAM53的加工数据来计算滚珠丝杠机构的进给量的电路。RAM53包括位置寄存器53b。信号分 配部51b按各轴来分配与滚珠丝杠机构的进给量对应的进给量信号，将上述进给量信号发 送至X轴控制电路55。信号分配部51b将上述进给量信号发送至位置寄存器53b，将螺母27的 位置数据存储于位置寄存器53b。编码器23a始终检测X轴马达23的旋转速度，将检测信号输 入X轴控制电路55和温度分布运算电路51c AAM53包括参数存储器53a。参数存储器53a存储 X轴螺纹轴22的长度、直径等与机械结构相关的参数、密度、比热、在式(3)和式(4)中使用的 Y等与物理性质相关的参数以及上述热分配系数(比率)_、nB等。温度分布运算电路51c每 经过50ms便利用式(1)根据X轴马达23的旋转速度检测信号来计算X轴螺纹轴22的移动区间 发热量，在6400ms后，温度分布运算电路51c运算各分割区间的总发热量QNi。
[0081] 针对右侧轴承发热量，温度分布运算电路51c将由电流检测器55b检测出的电流和 X轴马达23的旋转速度应用于式(2)以计算X轴马达23的饱和温度，并将由电流检测器55b检 测出的电流和X轴马达23的旋转速度应用于式(3)和式(4)以计算X轴马达温度? M。温度分 布运算电路51c根据式(6)求出X轴螺纹轴端部温度?s。温度分布运算电路51c利用式(5)， 根据X轴马达温度? m和X轴螺纹轴端部温度? s来进行右侧轴承发热量Qr的计算。左侧轴承 发热量Ql根据X轴马达23的旋转速度来进行计算。温度分布运算电路51c根据各分割区间的 总发热量Qni、右侧轴承发热量Qr、左侧轴承发热量Ql和存储于参数存储器53a的各种数据对 式(6)进行求解，计算移动区间和两个轴承24、25的温度分布。具体而言，在机床驱动后(t = 0)时间经过时刻tl、t2、……(分钟)时的温度分布的计算如下那样进行。
[0082] 下面说明各分割区间的温度和输入热量。图9的温度?3的单位是摄氏度。通过使用 图9,能将式(6)表示为下式。
[0083] [数学式1]
[0085]下面说明X轴马达23及滚珠丝杠机构的各位置处的温度与时间之间的关系。图10 的纵轴表示摄氏度(°C)，横轴表示分钟。时刻t = 0时的移动区间和两个轴承24、25的温度 {0}、马达主体温度?M根据初始条件已经知晓，因此，利用式(5)求出Qr。根据式（l)，Q N1~QNn 也已经知晓，根据X轴马达23的旋转速度，Ql也已经知晓。在将这些值代入式(8)的右边时， 如图10所示，可求出各位置的温度上升的速度(d{0} t=Q/dt)，即斜率。t = l处各部分的温度 {0}可利用下式根据上述斜率求出。
[0086] {9}t=ti= {9}t=t〇+(d{0}t=o/dt) ? tl
[0087] 根据{0} t=t〇的X轴螺纹轴端部温度? s和用式(3)、⑷求出的马达主体温度@ M，可 利用式(5)求出t = l处的Qr。将这些值代入式(8)，求出cUeh^/dt。
[0088] t=2 处各部分的温度可用{ehwyehiWcHehd/dOxUs-ti)求出。
[0089] t = t3、……的温度可同样地求出。
[0090] 修正数据运算电路51d利用式(7)，根据温度分布运算电路51c计算出的温度分布 来计算修正量。修正信号产生部51e将与修正数据运算电路51d计算出的修正量对应的修正 信号发送至X轴控制电路55。上述各电路、信号分配部51b和修正信号产生部51e构成CPU51。 [0091]下面说明控制装置50的热变位量运算处理。如图11所示，控制装置50的CPU51将X 轴螺纹轴22的移动区间分割成有限个分割区间（参照步骤S1、图4) XPU51根据移动区间的 分割来形成热分布模型的区域。与各分割区间i对应，存储当前的外部气体温度9air、初始位 置、当前位置、变位量、线性膨胀系数、热容量、传热系数等的存储区域设于RAM53。
[0092]在各分割区间i中，CPU51设定初始温度{0} t=。(步骤S2)。初始温度{0} t=。能按每个 分割区间单独设定。在将机床的温度视为与外部气体温度0air-致时，所有分割区间均将初 始温度{9}t=。设定成外部气体温度0 air。在因机床的驱动而在各分割区间之间产生温差时， 对各分割区间设定初始温度。初始温度{9} t=o存储于RAM53。CPU51也测定初始位置等基准值 并将其存储。
[0093] 螺母27的当前位置、进给速度的数据每经过50ms便输入温度分布运算电路51c。温 度分布运算电路51c，即CPU51根据式（1)计算螺母27的每个分割区间内的发热量(步骤S3)。 CPU51根据X轴马达23的旋转速度计算左侧轴承发热量(步骤S4KCPU51使用流过X轴马达23 的电流和马达旋转速度根据式(2)求出饱和温度，并利用该饱和温度、式(3)、式(4)求出X轴 马达23的温度变化(步骤S5)<XPU51根据X轴马达23的温度变化和X轴螺纹轴端部温度，利用 式（5)计算与X轴马达23相邻的分割区间所获的热量输入，即所谓右侧轴承发热量（步骤 S6)<XPU51使用在步骤S3~S6中求出的发热量和非稳态热传导方程式(6)，求出各分割区间 的温度分布(步骤S7KCPU51根据在步骤S7中求出的温度分布，使用式(7)计算各分割区间 的热变位量(步骤S8)，并计算在步骤S2中存储的基准位置起的热变位量(步骤S9)。该热变 位量相当于在加工控制中使用的修正量。CPU51(修正信号产生部51e)将相当于在步骤S9中 求出的热变位量(修正量）的进给量信号输出至轴控制电路61a(步骤S10)<XPU51使处理返 回至步骤S1。
[0094] 机床进一步运算因润滑脂的粘性而产生的粘性发热所引起的X轴螺纹轴~Z轴螺 纹轴22、12、32的热变位量，并将其追加至摩擦热所引起的热变位量。因此，可提高热变位量 的运算精度。
[0095] 如式（1)所示，粘性发热与速度的平方成比例。因此，在不考虑粘性发热的情况下 运算X轴螺纹轴22的热变位量时，随着速度增大，运算值与测定值的差变大。通过考虑粘性 发热，可提高X轴螺纹轴22的热变位量的运算精度。Y轴螺纹轴12、Z轴螺纹轴32的热变位量 的运算也同样。
[0096]机床进一步运算因作用于螺母的惯性力而产生的惯性力发热所引起的X轴螺纹轴 ~Z轴螺纹轴22、12、32的热变位量，再将其追加至摩擦热和粘性发热所引起的热变位量。因 此，可进一步提高热变位量的运算精度。
[0097]在加减速的频度较大时或者螺母27以及与螺母27连接的物体的质量较大时(例如 在与螺母27连接的立柱4和主轴头5的质量超过100kg时），若在不考虑惯性力发热的情况下 运算X轴螺纹轴22的热变位量，则运算值与测定值的差变大。通过考虑惯性力发热，可提高X 轴螺纹轴22的热变位量的运算精度。Y轴螺纹轴12、Z轴螺纹轴32的热变位量的运算也同样。
【主权项】
1. 一种机床，包括： 主轴(5a)，该主轴(5a)安装工具； 螺母(27)，该螺母(27)用于使所述主轴移动； 螺纹轴（12、22、32)，该螺纹轴（12、22、32)通过滚动体而与所述螺母螺合，且因马达 (23)的旋转而绕轴旋转；以及 运算部(50)，该运算部(50)根据所述螺纹轴和螺母产生的摩擦热运算所述螺纹轴的热 变位量， 其特征在于， 所述运算部进一步运算因粘性发热而引起的所述螺纹轴的热变位量，所述粘性发热是 因设于所述螺母与所述螺纹轴之间的润滑脂的粘性而产生的。2. 如权利要求1所述的机床，其特征在于， 所述摩擦热的值是第一系数与所述马达的旋转速度的相乘值， 所述粘性发热的值是第二系数与所述马达的旋转速度的平方值的相乘值， 所述运算部将所述摩擦热和粘性发热的值相加，并根据相加后的值运算所述螺纹轴的 热变位量。3. 如权利要求1或2所述的机床，其特征在于， 所述运算部进一步运算因惯性力发热而引起的所述螺纹轴的热变位量，所述惯性力发 热是因作用于所述螺母的惯性力而产生的。4. 如权利要求3所述的机床，其特征在于， 所述惯性力发热的值是第三系数、所述马达的旋转加速度、所述螺母及与该螺母连接 的物体的质量以及所述马达的旋转速度的相乘值， 所述运算部将所述摩擦热、粘性发热、惯性力发热的值相加，并根据相加后的值运算所 述螺纹轴的热变位量。5. -种运算方法，根据与主轴连接的螺母以及通过滚动体而与所述螺母螺合的螺纹轴 产生的摩擦热，运算所述螺纹轴的热变位量，其特征在于， 进一步运算因粘性发热而引起的所述螺纹轴的热变位量，所述粘性发热是因设于所述 螺母与螺纹轴之间的润滑脂的粘性而产生的。6. 如权利要求5所述的运算方法，其特征在于， 进一步运算因惯性力发热而引起的所述螺纹轴的热变位量，所述惯性力发热是因作用 于所述螺母的惯性力而产生的。
【文档编号】B23Q5/02GK106002429SQ201510764709
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年11月11日
【发明人】横山明伸
【申请人】兄弟工业株式会社